KR102342759B1

KR102342759B1 - 화재의 확산을 방지하는 건축용 단열재의 코팅제 제조방법

Info

Publication number: KR102342759B1
Application number: KR1020210037823A
Authority: KR
Inventors: 변병열; 변덕우
Original assignee: 변병열; 변덕우
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2021-12-23

Abstract

본 발명은 건축물에 사용되는 단열재에 난연 및 준불연기능을 부가하여 화재의 확산을 방지하는 건축용 단열재의 코팅제 제조방법에 관한 것으로, 특히 단열심재와 마감시트 사이에 도포되어 단열심재와 마감시트의 견고한 접착이 이루어지게 하는 코팅제에 난연성바인더 및 난연성무기질이 포함되어 단열심재와 마감시트 사이의 코팅층에 난연 및 준불연기능을 부가하여 화재의 확산을 방지하는 건축용 단열재의 코팅제 제조방법에 관한 것이다.

Description

화재의 확산을 방지하는 건축용 단열재의 코팅제 제조방법{Manufacturing method of insulating material for construction}

건축물의 내ㆍ외장재로 사용되는 소재는 우수한 단열성뿐만 아니라 화재에 대해 안정적이어야 한다. 통상적으로 건축물의 내ㆍ외장재로 사용되는 폴리우레탄(PUR)폼 단열재는 단열성능과 환경 친화적인 면에서 최적의 소재로 그 수요가 점차 증가하고 있지만, 화재에 대한 취약점은 심각한 문제점으로 지적되고 있다. 국내ㆍ외의 상황을 보더라도 기후변화 및 환경오염물질 배출저감의 대안으로 에너지절약이 중요한 해결방안이라는 인식이 확산되고 있고, 이를 위해서는 단열성이 좋은 소재를 많이 사용하는 것이 유리하다는 견해이다.

최근 들어 대규모 주상복합 아파트 및 빌딩 등의 내장재로 우레탄폼 단열재가 두드러진 증가추세를 보이고 있지만, 그에 따른 화재사고로 인명과 재산피해도 계속 증가하고 있는 상황이다.

특히, 고층화된 건축물의 경우, 건축물의 내부에서 화재가 발생되었을 때 수많은 인명 피해를 야기할 수 있는 유해가스를 외부로 신속하게 배출하는 것이 매우 중요하지만, 건축물을 이루는 단열재에서 유독가스를 배출되고, 또한 폴리우레탄폼 보드의 특성상 불에 취약한 가연성 재질로 화재 발생 시 외벽을 타고 불이 급속도로 번져 화재시 위험성이 높은 단점이 있어왔다.

이러한 단점을 보완하기 위해 가연성이 높은 폴리우레탄폼에 난연제를 도포하여 사용하여 왔으나 그 효과가 미미하여 난연기능이 부여되면서 생산이 용이한 단열재의 제조기술이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-2011-0012800호 (2011. 02. 09)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 단열심재와 마감시트 사이에 도포되어 단열심재와 마감시트의 견고한 접착이 이루어지게 하는 코팅제에 난연성바인더 및 난연성무기질이 포함되어 단열심재와 마감시트 사이의 코팅층에 난연 및 준불연기능을 부가하여 화재의 확산을 방지하는 건축용 단열재의 코팅제 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 단열심재와, 상기 단열심재의 외면에 도포되어 코팅층을 이루는 코팅제와, 상기 코팅제에 의해 접착되어 단열심재 외면에 구비되는 마감시트로 이루어지는 건축용 단열재의 코팅제 제조방법에 있어서, 상기 코팅제는 소듐 실리케이트(Sodium silicate), 물, 산화크로뮴(chromium oxide)이 혼합되는 난연성바인더 100중량부를 기준으로, 팽창흑연 30 ~ 70중량부, 탈크 5 ~ 10중량부, 발수제 3 ~ 7중량부, 방수제 1 ~ 3중량부, 분산제 1 ~ 2중량부가 포함되고, 상기 난연성바인더는 소듐 실리케이트(Sodium silicate) 30 ~ 50중량%, 물 30 ~ 50중량%, 산화크로뮴(chromium oxide) 1 ~ 10중량%, 티탄 1 ~ 3중량%, 붕소 1~ 3중량%, 첨가제 1 ~ 2중량%로 혼합되고, 상기 첨가제는 과산화나트륨(sodium peroxide), 나트륨아미드(sodium amide), 사에틸납(tetraethyl lead), 부타디엔(butadiene), 이소프렌(isoprene), 메타크릴산메틸(methyl methacrylate) 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상 혼합된 것을 특징으로 하는 화재의 확산을 방지하는 건축용 단열재의 코팅제 제조방법을 제공한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 코팅제에 포함되는 난연성바인더로 하여금 단열심재와 마감시트의 접착력을 극대화하면서도 단열심재와 마감시트가 접착되어 이루어지는 단열재의 강도, 경도, 내열성 및 난연성을 보다 향상시키고, 난연성바인더의 소듐 실리케이트와 더불어 코팅제에 팽창흑연 및 탈크가 혼합됨으로써 코팅제가 코팅되는 단열심재 외면에 고효율의 난연 및 준불연기능을 가지는 단열재를 생산할 수 있어 건축물의 어느 부위에 화재가 발생하여도 각각의 단열재 외면에 난연 및 준불연기능이 구비되어 화재시 인접한 각각의 단열재로 불길이 퍼지는 것을 방지하여 건축물 내부에 화재의 확산을 지연 또는 차단하는 건축물을 시공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 건축물에 사용되는 단열재에 관한 것으로, 특히 단열심재와, 상기 단열심재의 외면에 도포되어 코팅층을 이루는 코팅제와, 상기 코팅제에 의해 접착되어 단열심재 외면에 구비되는 마감시트로 이루어지는 건축용 단열재의 코팅제 제조방법에 관한 것이다.

여기서, 단열심재는 건축물의 주로 사용되는 폴리스티렌보드, 폴리우레탄보드, 경질우레탄보드, 페놀보드, EPS보드, 허니컴보드, 종이보드, 합판 및 목재 중 어느 하나이다.

또한, 마감시트는 금속제를 사용하나 열반사효율이 좋고 무게가 가벼우며 가공성이 좋은 알루미늄 박판 또는 은박지를 주로 사용한다. 이러한 마감시트는 단열재에 내리쬐는 열을 반사하거나 외기를 차단하여 단열기능 및 물을 방수하는 기능을 담당한다.

또한, 코팅제는 단열심재와 마감시트 사이에 코팅층을 이루어 단열심재와 마감시트를 접착하면서도 단열심재 외면에 경화되어 단열재에 내열성 및 경도를 향상시켜주고 난연 및 준불연의 기능을 구비하도록 한다.

이를 위해 코팅제는 소듐 실리케이트(Sodium silicate), 물, 산화크로뮴(chromium oxide)이 혼합되는 난연성바인더 100중량부를 기준으로, 팽창흑연 30 ~ 70중량부, 탈크 5 ~ 10중량부, 발수제 3 ~ 7중량부, 방수제 1 ~ 3중량부, 분산제 1 ~ 2중량부가 포함되어 구성된다.

소듐 실리케이트(Sodium silicate)는 무기질 난연제로 물과 같이 혼합되었을 때 단열심재와 마감시트의 접착 용도 및 코팅제를 이루는 팽창흑연, 탈크, 발수제 및 방수제의 혼합물에 대한 점성과 가교의 역할을 담당하여 단열심재 외면에 견고한 접착 구조를 유도함으로써, 단열재의 강도 및 경도를 향상시킴은 물론, 내열성 및 난연성을 구비하게 한다.

또한, 소듐 실리케이트(Sodium silicate)는 높은 투광성과 낮은 열전도도를 특성으로 하기 때문에 매우 효율적인 단열기능을 담당할 수 있게 된다.

산화크로뮴(chromium oxide)은 소듐 실리케이트(Sodium silicate)와 함께 난연성바인더의 내화성을 개선하기 위해 사용할 수 있다.

팽창흑연은 100 ~ 300 mesh, 팽창율 250 ~ 300배 범위에서 서로 다른 사이즈 및 물성을 가진 것을 사용하여야 하며, 팽창흑연은 열을 가하면 흑연 입자가 수백배 팽창함에 따라 층 분리 현상이 발생하는 구조적 특징을 가지므로, 코팅제 내에 분산된 팽창흑연은 화재로 인해 팽창된 탄화층을 형성하여 차열 및 차염의 역할을 수행할 수 있어 화염이나 불꽃이 단열심재에 직접 접촉되는 것을 차단하여 화재가 확산되는 것을 방지한다.

또한, 팽창흑연은 30 ~ 70중량부 범위 내에서 서로 다른 사이즈를 채택하여 화재시 팽창크기가 서로 달라져 더욱 균일하면서 고르게 코팅제를 통한 코팅층 내부에서 팽창되는 것이다.

탈크는 활석광석을 미분쇄 또는 초미분쇄하여 제조된 입자 형상이 판상인 분말로서, 무기 광산물 중 가장 경도가 낮고, 화학적 안정성이 우수하며, 단가가 저렴하여 가격경쟁력이 우수한 물질이다.

즉, 코팅제에 탈크가 혼합되어 코팅제의 내열성을 향상시키는 것은 물론 방열의 기능을 구비하여 팽창흑연과 함께 탄화층을 형성하여 차열 및 차염의 역할을 수행할 수 있게 된다.

발수제는 단열심재 외면에 수분과 오염물의 침투를 지연시켜 주는 작용을 하는 것으로 장마가 있는 여름철 장마로 인해 수분을 머금고 있는 단열심재가 높은 온도로 가열됨에 따라 습기를 내뿜어 단열심재가 축축해지거나 결로현상이 발생되는 현상을 차단하도록 하는 것이다.

발수제는 내열성과 내연성이 탁월할 뿐만 아니라 강력한 발수성능을 발휘함으로써 주변 환경에 노출되어 있는 단열재의 기능과 수명을 더욱 향상시키게 한다.

방수제는 단열심재의 습기의 유입을 방지하면서 단열심재의 균열 및 변형을 차단하는 기능을 한다.

분산제는 팽창흑연과 탈크가 코팅제로 혼합될 때 원활하게 분산시켜 팽창흑연과 탈크가 고르게 분산되어 단열심재 외면에 균일하게 위치되어 난연 및 준불연기능을 향상시키도록 한다.

따라서, 코팅제에 포함되는 난연성바인더로 하여금 단열심재와 마감시트의 접착력을 극대화하면서도 단열심재와 마감시트가 접착되어 이루어지는 단열재의 강도, 경도, 내열성 및 난연성을 보다 향상시키고, 난연성바인더의 소듐 실리케이트(Sodium silicate)와 더불어 코팅제에 팽창흑연 및 탈크가 혼합됨으로써 코팅제가 코팅되는 단열심재 외면에 고효율의 난연 및 준불연기능을 가지는 단열재를 생산할 수 있어 건축물의 어느 부위에 화재가 발생하여도 각각의 단열재 외면에 난연 및 준불연기능이 구비되어 화재시 인접한 각각의 단열재로 불길이 퍼지는 것을 방지하여 건축물 내부에 화재의 확산을 지연 또는 차단하는 건축물을 시공할 수 있는 효과가 있게 되는 것이다.

여기서, 난연성바인더의 보다 상세한 형태는 소듐 실리케이트(Sodium silicate) 30 ~ 50중량%, 물 30 ~ 50중량%, 산화크로뮴(chromium oxide) 1 ~ 10중량%, 산화티탄 1 ~ 3중량%, 붕소 1~ 3중량%, 첨가제 1 ~ 2중량%가 혼합되어 이루어진다.

산화티탄은 백색분말로 자외선, 적외선 등을 반사시켜 단열심재와 코팅제로 인한 코팅층에 온도를 높이지 않은 역할을 함으로써 단열심재의 훼손 및 변형을 방지한다.

붕소는 화재시 고온으로 인해 코팅층이 열분해될 때 탄소성 탄화층을 형성할 수 있어 탄화층의 생성으로 인해 연소하는 분자의 표면에 두꺼운 장벽을 만들어 열을 차단함으로써 불이 꺼지게 할 수 있다.

이러한 산화티탄 및 붕소로 인하여 소듐 실리케이트(Sodium silicate)와 함께 상호 작용함으로써, 난연성바인더를 통하여 코팅제의 코팅층이 치밀하고 견고해지며 단열심재의 표면에서 생성될 수 있는 가스의 확산을 억제할 수 있다.

첨가제는 과산화나트륨(sodium peroxide), 나트륨아미드(sodium amide), 사에틸납(tetraethyl lead), 부타디엔(butadiene), 이소프렌(isoprene), 메타크릴산메틸(methyl methacrylate) 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상 혼합된 것을 사용한다.

한편, 발수제는 물 40 ~ 50중량%, 폴리디메틸실록산 20 ~ 30중량%, 사이클로메티콘, 사이클로펜타실록세인, 사이클로헥사실록세인, 다이메티콘 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상 혼합되는 실리콘 오일 10 ~ 20중량%, 3-아미노프로필트리메톡시실란으로 된 커플링제 1 ~ 10중량%, 인산에스테르계 난연제와 멜라민계 난연제가 혼합된 복합 난연제 1 ~ 8중량%, 석영분말 1 ~ 3중량%로 이루어진다.

폴리디메틸실록산은 발수제에 대표적으로 사용되는 것으로, 폴리디메틸실록산의 점도는 40 ~ 90cps인 것이 바람직하며, 이와 같은 점도에서 발수제의 침투성 및 발수성이 극대화되기 때문이다.

또한, 발수제에 폴리디메틸실록산 20 ~ 30중량%를 혼합함으로써, 최적의 발수도 및 침투성을 구현하고 재료의 과다한 사용을 방지할 수 있다.

실리콘 오일은 발수제의 구성성분을 효과적으로 분산시키고 발수제의 계면막을 형성하기 위하여 사용되어 발수성능을 극대화시킬 수 있다.

커플링제는 발수제를 이루는 혼합물의 화학적 결합을 유도하는 역할을 하며, 커플링제의 함량이 1중량% 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 커플링제의 함량이 10중량%를 초과하면 상기의 기능을 크게 향상되지 않으면서 제조비용을 증가시키게 된다.

복합 난연제는 인산에스테르계 난연제와 멜라민계 난연제가 혼합된 것으로, 계면막이 형성되는 발수제에서도 난연기능을 발휘하게 되어 난연성바인더와 함께 단열심재의 난연 및 준불연의 기능을 더욱 향상시켜준다.

즉, 인산에스테르계 난연제와 멜라민계 난연제가 혼합된 복합 난연제를 통해 단열재에 산소의 차단과 불꽃의 확대를 저지하고, 특히 화재시 불연성 가스를 발생시켜 단열재에 공급되는 산소를 차단하여 연소를 억제시켜 단열재의 난연 및 준불연의 기능을 향상시키면서 또한 인산에스테르계 난연제와 멜라민계 난연제는 브롬계 화합물을 사용하지 않는 비할로겐계 난연제로서 이를 사용하는 단열재에 친환경적인 이점이 가져오게 한다.

석영분말은 복합 난연제과 함께 발수제에 난연기능을 구비하게 하는 구성으로, 상기의 함량범위로 사용되며 이를 초과하면 난연물질이 과다하게 사용되어 발수기능을 저하시키고 함량범위가 이보다 미만이면 난연성을 보조하는 기능을 발휘하기 어렵다.

이때, 석영분말은 크기는 분산성을 고려하여 100 ~ 300㎛인 것이 바람직하며, 표면 강도가 우수한 특징에 의해 외부의 충격에 의해 코팅제를 통하여 발생되는 코팅층의 훼손되는 것을 방지하고, 수분 흡수율이 낮아 단열심재에 곰팡이나 박테리아의 번식으로부터 안전하게 하는 물성을 가지게 되는 것이다.

여기서, 단열심재는 코팅제가 도포되는 외면으로 샌딩공정을 통한 무정형의 0.1 ~ 0.5㎜ 깊이의 샌딩홈이 형성되고, 마감시트는 코팅제와 접착되는 일면으로 1 ~ 10㎛의 조도(거칠기)를 갖는 미세요철이 형성된다.

따라서, 단열심재의 샌딩홈과 마감시트의 미세요철로 하여금 코팅제가 단열심재와 마감시트에 각각 용이하게 유입되어 견고한 코팅층을 형성할 수 있으면서도 단열심재와 마감시트 간의 들뜸현상이 방지되어 단열심재로 수분이 침투되지 않고 방수, 방습이 수행되어 단열심재의 내구성을 향상시키게 된다.

또한, 단열심재와 마감시트 사이 뿐만 아니라 단열심재의 외면과 마감시트의 일면에 코팅층이 삽입되는 형태로 형성되어, 단열심재의 외면과 마감시트의 일면에 코팅층이 가지는 난연 및 준불연기능을 구비하게 하여 화재의 확산을 더욱 효과적으로 방지하는 이점을 가지게 되는 것이다.

삭제

한편, 50 ~ 70℃ 온도의 물 88 ~ 90 중량%, 알긴산소다 8 ~ 10중량%, 제올라이트분말 0.5 ~ 2중량%, 실리카겔 0.5 ~ 1중량%, 수산화알루미늄분말 0.5 ~ 1중량%를 혼합하여 이루어지는 코팅액을 준비한다.

상기 준비된 코팅액을 팽창흑연에 코팅한 후 건조된 팽창흑연을 사용하게 된다.

알긴산소다는 미역, 다시마, 감태와 같은 갈조류를 알칼리 추출한 후 산을 첨가하여 젤화한 것으로, 천연의 고분자 응집제로 불리울만큼 접착력이 뛰어나서 알긴산소다와 물이 혼합되어 제올라이트분말, 실리카겔, 수산화알루미늄분말 등이 화재시 팽창흑연의 팽창과정에서 팽창흑연 표면에 이탈되지 않도록 구비되는 것이다.

즉, 알긴산소다와 혼합되어 접착력을 가지는 물은 50 ~ 70℃의 온도인 온수를 사용하며, 분말형태인 알긴산소다는 온수와 혼합하게 되면 면 점성이 발생됨으로 제올라이트분말, 실리카겔, 수산화알루미늄분말 등의 고착력이 극대화되어 팽창흑연 외측에 안정적으로 고정된다.

제올라이트는 신생대 3기층의 화산재가 속성 작용을 받아 생성된 미세한 다공질로 물리적 흡착력과 화학적 양이온 치환작용이 뛰어나 수분 외 다른 물질, 즉 유해가스를 20배까지 흡수, 흡착하여 보관하고 있다가 서서히 배출하는 특이한 기능이 있어 코팅층에 포함되는 원료로 사용될 경우 습도유지가 가능한 특수 기능성이 부과되고, 다공성에 의한 흡착제로써의 습도조절 능력 및 단열심재의 부패를 가속시키는 에틸렌 가스와 같은 물질의 포집, 형상선택성 촉매반응과 같은 특이한 구조에 의한 이온반응에 의한 항균작용을 발휘하게 되는 것이다.

실리카겔은 알카리염 등의 유기화합물을 흡착시켜 산화시킬 수 있는 강력한 산화 기능 효과가 있고 흡착력 및 방습력이 우수하여 수산화알루미늄과 함께 곰팡이균이 발생되는 것을 최소화하고 악취 및 향균 효과를 발휘하게 된다.

수산화알루미늄은 음이온 화합물로서 음이온과 원적외선이 방출되는 특성을 가지고, 항균 및 항진균 효과와 탈취 효과를 나타낼 수 있다.

이러한 기능성 물질들이 코팅액의 원료가 되어 팽창흑연과 함께 코팅층의 구성요소가 됨으로써, 천연성분인 알긴산소다를 이용하여 제올라이트분말, 실리카겔 및 수산화알루미늄분말이 팽창흑연의 외면에 접착되어 화재시 팽창된 팽창흑연에 접착되어 그 형태를 온전히 유지시켜주면서도 팽창흑연과 함께 코팅층에 균일하게 분포되고, 팽창흑연을 통한 난연 및 준불연기능과 더불어 향균 및 곰팡이균의 생성 및 확산을 최소화하는 코팅층을 제공하게 되는 효과를 가지게 되는 것이다.

좀 더 상세한 팽창흑연에 코팅액이 코팅되는 형태를 살펴보면, 내부 하측에 스크류 형태의 교반기가 다수 설치되며, 상부에 다수의 투입구가 형성되는 본체에 상기 팽창흑연과 코팅액을 1 : 0.5 ~ 1.5의 중량비율로 투입하게 된다.

상기 본체에 투입된 팽창흑연과 코팅액은 스크류 형태인 다수의 교반기의 구동으로 인해 본체 내부에서 이동되면서 팽창흑연 외면에 코팅액이 코팅되면서 교반이 이루어지게 된다.

상기 코팅액이 코팅된 팽창흑연은 코팅액의 점도로 서로 달라붙은 상태로 바로 사용하지 못하기 때문에, 30 ~ 60분간 비교적 저온인 5 ~ 15℃의 온도에서 건조하는 과정을 거치게 된다.

이때 팽창흑연은 여전히 서로 달라붙은 상태이며, 이를 분리하기 위해 100 ~ 300mesh로 이루어지는 메쉬체에 건조된 팽창흑연을 걸러준 것을 사용하여 사용상의 편의성을 향상시켜준다.

Claims

단열심재와, 상기 단열심재의 외면에 도포되어 코팅층을 이루는 코팅제와, 상기 코팅제에 의해 접착되어 단열심재 외면에 구비되는 마감시트로 이루어지는 건축용 단열재의 코팅제 제조방법에 있어서,
상기 코팅제는 소듐 실리케이트(Sodium silicate), 물, 산화크로뮴(chromium oxide)이 혼합되는 난연성바인더 100중량부를 기준으로, 팽창흑연 30 ~ 70중량부, 탈크 5 ~ 10중량부, 발수제 3 ~ 7중량부, 방수제 1 ~ 3중량부, 분산제 1 ~ 2중량부가 포함되고,
상기 난연성바인더는 소듐 실리케이트(Sodium silicate) 30 ~ 50중량%, 물 30 ~ 50중량%, 산화크로뮴(chromium oxide) 1 ~ 10중량%, 티탄 1 ~ 3중량%, 붕소 1~ 3중량%, 첨가제 1 ~ 2중량%로 혼합되고,
상기 첨가제는 과산화나트륨(sodium peroxide), 나트륨아미드(sodium amide), 사에틸납(tetraethyl lead), 부타디엔(butadiene), 이소프렌(isoprene), 메타크릴산메틸(methyl methacrylate) 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상 혼합된 것을 특징으로 하는 화재의 확산을 방지하는 건축용 단열재의 코팅제 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 발수제는 물 40 ~ 50중량%, 폴리디메틸실록산 20 ~ 30중량%, 사이클로메티콘, 사이클로펜타실록세인, 사이클로헥사실록세인, 다이메티콘 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상 혼합되는 실리콘 오일 10 ~ 20중량%, 3-아미노프로필트리메톡시실란으로 된 커플링제 1 ~ 10중량%, 인산에스테르계 난연제와 멜라민계 난연제가 혼합된 복합 난연제 1 ~ 8중량%, 석영분말 1 ~ 3중량%로 이루어짐을 특징으로 하는 화재의 확산을 방지하는 건축용 단열재의 코팅제 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 단열심재는 코팅제가 도포되는 외면으로 샌딩공정을 통한 무정형의 0.1 ~ 0.5㎜ 깊이의 샌딩홈이 형성되고,
상기 마감시트는 코팅제와 접착되는 일면으로 1 ~ 10㎛의 조도(거칠기)를 갖는 미세요철이 형성됨을 특징으로 하는 화재의 확산을 방지하는 건축용 단열재의 코팅제 제조방법.
삭제